尾巨桉不同器官熱值影響因素研究

韓斐揚，陳少雄，周群英

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尾巨桉不同器官熱值影響因素研究

韓斐揚1，陳少雄2，周群英2

(1. 廣西壯族自治區(qū)林業(yè)勘測設計院，廣西 南寧 530011；2.國家林業(yè)局桉樹研究開發(fā)中心，廣東 湛江 524022)

對廣東廉江石嶺林場5年生尾巨桉不同器官的燃燒特性因子、物質組成成分和營養(yǎng)元素等指標進行了研究，并做了相關性分析。結果表明：5種器官去灰分熱值在18.57 ~ 21.09 kJ·g-1間，排序為葉片>樹枝>樹根>樹干>樹皮；去灰分熱值和干質量熱值、灰分相關顯著，和粗纖維、粗蛋白、粗脂肪、全氮都顯著相關，尾巨桉不同器官的熱值受其物質成分及營養(yǎng)元素的影響。

尾巨桉；熱值；影響因素

植物熱值反映著植物組織各種生命活動的變化和植物生長狀況的差異[1]，是衡量植物體生命活動及組成成分的指標[2]，也是評價植物營養(yǎng)成分及木材的燃燒性能的指標[3-5]。自1934年Long[6]測定了向日葵()不同部位葉片熱值后，Golley[7]、Bliss[8]和Olson[9]也進行了相關的能值研究，此后生物個體、種群和群落熱值測定普遍開展[7-8,10-11]。我國在這方面的研究起步較晚，開展較早的是楊福囤等[12]于1978年對高寒草甸地區(qū)常見植物熱值的測定，之后祖元剛等[13]、陳佐忠等[14]、龍瑞軍等[15]、劉世榮等[16]、孫雪峰[17]、任海等[18]、李意德等[19]相繼開展了各種森林群落的熱值研究。

桉樹()是我國南方重要的速生商品林樹種，也是優(yōu)良的能源樹種。桉樹因為有高效的光合作用機制，因此其人工林是世界上生長最快、生物量最大的一種人工林生態(tài)體系[20]。周群英等[21]、韓斐揚等[22]曾對我國南方常見的幾種桉樹的熱值進行了測定，研究分析了桉樹不同林齡和不同器官的熱值變化。本文對尾巨桉不同器官的熱值變化原因進行進一步研究，試圖從影響其變化的內在機理出發(fā)，找出影響其變化的物質成分或營養(yǎng)元素，為進一步尋找熱值變化的內在因素及更好地開展植物熱值的研究提供參考。

1 試驗地概況

試驗地位于廣東省廉江市的國營雷州林業(yè)局石嶺林場(21°25′ ~ 21°55′N，109°45′ ~ 110°30′E)。屬南亞熱帶季風氣候，年平均溫度22.9℃，最熱月平均氣溫28℃(7月)，最冷月平均氣溫14℃(1月)，年平均日照1 884 h。4—9月為雨季，年平均1 600 ~ 1 900 mm。地勢平坦，成土母質為淺海沉積物，土層較深，但土壤肥力低下、酸度大。

2 材料和方法

2.1　試驗材料

試驗林為4.5年生尾巨桉(×)純林，林分平均樹高16.2 m，平均胸徑10.4 cm，種植密度為2 500株·hm-2，林分保存率87%，現存密度2 175株·hm-2。采用無性系苗造林，種植穴的規(guī)格為50 cm × 50 cm × 40 cm，造林前施復合肥0.5 kg·穴-1，定植后3個月追施復合肥0.5 kg·株-1，此后第2、3年的4月份各追肥1次，肥料為復合肥0.3 kg·株-1+尿素0.2 kg·株-1。林下灌木、草本稀少，主要物種有桃金娘()、馬櫻丹()、鐵芒萁()、五節(jié)芒()等。樣品采集方法見韓斐揚等[22]的文獻。

2.2　熱值、物質成分和元素等測定

熱值和灰分含量的測定見韓斐揚等[22]的文獻，去灰分熱值計算方法為：去灰分熱值＝干質量熱值/(1-灰分含量)；揮發(fā)份測定：稱取1.000 g樣品，放入坩堝中，加蓋隔絕空氣，在馬弗爐中加熱到400℃保持10 min，稱重樣品測定揮發(fā)分；固定碳：W固定碳=100%-(WH2O+W灰分+W揮發(fā)分)。

粗脂肪：石油醚索氏提取法；粗纖維測定：重量法；木質素測定：采用Foss Fibertech2010系統(tǒng)測定，木質素代指酸性洗滌木質素，標準差由3次獨立實驗結果計算獲得，3次實驗結果偏差木質素≤1%；粗蛋白：含量為6.25×N%。

全氮和全磷：納氏試劑比色法，植物樣品經濃H2SO4-H2O2溶液消煮后，用連續(xù)流動分析儀AA3測定全氮和全磷含量；植物有機碳(C)測定采用外加熱、重鉻酸鉀容量法。

2.3 統(tǒng)計分析

數據采用Excel圖表和SPSS13.0軟件對各試驗數據進行方差分析、鄧肯多重比較、相關性分析。

3 結果與分析

3.1 燃燒特性

由表1可知，尾巨桉5種器官間灰分含量、干質量熱值、去灰分熱值、揮發(fā)份和固定碳等均差異極顯著(<0.05)。5種器官灰分含量為0.29% ~ 4.08%，排序為葉片>樹皮>樹枝>樹根>樹干；干質量熱值為17.94~ 20.23 kJ·g-1，排序為葉片>樹根>樹枝>樹干>樹皮；去灰分熱值為18.57 ~ 21.09 kJ·g-1，排序為葉片>樹枝>樹根>樹干>樹皮；揮發(fā)份為72.36% ~ 83.97%，排序為樹干>樹根>樹枝>葉片>樹皮；固定碳為15.74% ~ 24.27%，排序為樹皮>葉片>樹枝>樹根>樹干。

表1 燃燒特性各指標狀況

注：同列數字后不同小寫字母表示<0.05，下同。

3.2 主要物質成分

對尾巨桉5種器官主要物質成分指標做方差分析(表2)，結果表明尾巨桉5種器官間粗脂肪、粗纖維、木質素、蛋白質等差異顯著(<0.05)。5種器官粗脂肪含量為9.13% ~ 16.30%，以葉片的最高；粗纖維為10.73% ~ 68.47%，排序為樹干>樹根>樹枝>樹皮>葉片，且兩兩間差異極顯著；木質素為23.64% ~ 26.01%，排序為樹皮>樹根>樹干>樹枝>葉片；粗蛋白含量為4.84% ~ 17.56%，排序為葉片>樹枝>樹皮>樹根>樹干。

　　　　　表2 主要物質成分各指標狀況　　　　　　　　　　%

3.3 主要元素含量

對尾巨桉5種器官主要元素含量做方差分析(表3)，5種器官全氮和全磷含量差異顯著(<0.01)，有機碳差異不顯著(>0.05)。5種器官全氮含量為0.77 ~ 2.81 mg·g-1，排序為葉片>樹枝>樹皮>樹根>樹干，以葉片最高；全磷含量為0.11 ~ 0.93 mg·g-1，排序為葉片>樹皮>樹枝>樹根>樹干；有機碳含量為37.74% ~ 42.18%。

表3 主要元素各指標狀況

3.4 相關性分析

對尾巨桉5種器官的燃燒特性、主要物質成分和元素指標做相關性分析，結果見表4，從中可知去灰分熱值和灰分含量相關顯著，和干質量熱值相關極顯著，和揮發(fā)份、固定碳相關不顯著(相關系數分別為-0.568和0.512，>0.05)，說明灰分含量和干質量熱值越大，去灰分熱值越大；而灰分含量和揮發(fā)份、固定碳相關極顯著(相關系數分別為-0.986和-0.989，<0.01)。

去灰分熱值和粗蛋白、粗纖維相關極顯著(相關系數分別為0.772和-0.884，<0.01)，和粗脂肪相關顯著(相關系數為0.752，<0.05)，而和木質素相關不顯著(相關系數為-0.585，>0.05)，說明粗蛋白和粗脂肪含量越高，去灰分熱值越大，粗纖維含量越高，去灰分熱值就越??；灰分含量也和粗蛋白、粗纖維相關極顯著(相關系數分別為0.972和-0.932，<0.01)，和粗脂肪相關顯著(相關系數為0.718，<0.05)。

表4 燃燒特性、主要物質組成成分和元素的相關系數表

注：*表示<0.05，**表示<0.01。

去灰分熱值和主要元素各指標的相關性分析中，和全氮相關極顯著(相關系數為0.814，<0.01)，和全磷、有機碳相關不顯著(相關系數分別為0.537和0.365，>0.05)，說明全氮含量越高，去灰分熱值越大；而灰分含量和全氮、全磷相關極顯著(相關系數分別為0.983和0.918，<0.01)，和有機碳相關不顯著(相關系數為-0.341，>0.05)。

綜上所述，去灰分熱值除和干質量熱值、灰分相關顯著外，和粗纖維、粗蛋白、粗脂肪和全氮都有顯著相關。而灰分含量和水分含量、揮發(fā)份及固定碳相關顯著，和粗脂肪、粗蛋白、粗纖維、全氮和全磷也都相關顯著。

4 結論與討論

植物熱值是植物含能產品能量水平的一種度量，反映了綠色植物在光合作用中轉化日光能的能力，熱值高低體現了植物的能量代謝水平，各種環(huán)境因子對植物生長的影響，可以從熱值的變化上反映出來，熱值是衡量植物體生命活動及組成成分的指標之一，可作為植物生長狀況的一個有效指標[2]。植物熱值首先受植物種自身生物生態(tài)學特征的制約，不同植物種有其本身的遺傳特性，具有不同生長發(fā)育節(jié)律和對環(huán)境的同化能力，反映在熱值含量也有差異。Whittaker[23]研究認為世界陸生植物的平均去灰分熱值為17·79 kJ·g-1。本研究尾巨桉5種器官去灰分熱值為18.57 ~ 21.09 kJ·g-1，高于世界陸生植物的平均去灰分熱值。

植物不同部位和器官的熱值有所不同，對于同種植物來說，以地上部分熱值高于地下部分[24-25]為多，葉片的熱值高于莖的熱值[26]。郭繼勛等[27]對羊草草原55種植物熱值研究顯示，同一植物不同器官的熱值存在著差異，各器官的平均熱值花19.40 kJ·g-1>莖18.02 kJ·g-1>葉17.89 kJ·g-1>根17.21 kJ·g-1。劉世榮等[16]對落葉松()人工林測定，林光輝等[28]對海蓮()、秋茄()兩種紅樹的測定，Ovington等[29]研究歐洲赤松()林的測定均是樹根的熱值最低。張清海等[30]在對東南濱海沙地主要造林樹種的研究中指出，在木麻黃()和厚莢相思()林各組分中，樹根干質量熱值均最低；濕地松()各組分中，葉片干質量熱值最高，果實干質量熱值最低。倪穗等[31]對青岡()種群的熱值研究表明，青岡各徑級器官的熱值大小順序均為：葉片>樹枝>樹干，并且實生青岡各器官的熱值均大于萌生青岡。本研究尾巨桉5種器官去灰分熱值排序為葉片>樹枝>樹根>樹干>樹皮，與前人的研究結論相符。

植物組分或器官干質量熱值的差異主要是受自身組成(所含的營養(yǎng)物質)、結構和功能的影響；其次，還受光照強度、日照長短及土壤類型和植物年齡影響[1]。本研究對尾巨桉5種器官的燃燒特性、主要物質成分和元素各指標的相關性研究結果表明，去灰分熱值除了和干質量熱值、灰分相關顯著外，和粗纖維、粗蛋白、粗脂肪和全氮均有顯著相關。說明植物各器官去灰分熱值的不同，與各器官所含粗纖維、粗蛋白、粗脂肪和營養(yǎng)元素氮的數量有關。各器官粗纖維、粗蛋白、粗脂肪和營養(yǎng)元素氮的含量分布不均的原因，與營養(yǎng)物質的運輸過程關系密切。光合器官合成有機物，沿枝送入莖干中，最后才流入根中。在營養(yǎng)物質的輸送過程中，高能產品，如脂類和蛋白質的輸送速率要低于低能產品，如碳水化合物；而積累速率卻要高于低能產品。因此，高能產品在輸送過程中的積累濃度由葉片→樹枝→樹干→樹根逐漸降低，故熱值也相應逐漸減小，形成葉片>樹枝>樹干>樹根的順序[17]。另外，葉片、樹枝養(yǎng)分含量高，特別是氮、磷、鉀高，熱值高；而樹干營養(yǎng)元素含量低，故熱值較低[31]。

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Study on Factors the Influencing Calorific Value of Component Tissues of

HAN Fei-yang1, CHEN Shao-xiong2, ZHOU Qun-ying2

(1.; 2.,,,)

We studied combustion characteristics, material composition and nutrient elements in different component tissues of 5 years oldat Shiling forest farm in Lianjiang, Guangdong, and examined associations among component tissue characteristics. Ash free calorific values (AFCV) of the 5 different component tissues ranged from 18.57 to 21.09 kJ·g-1, with their rank order by AFCVs being: leaves>branches>roots>stem-wood>bark. AFCV, gross caloric value and ash content were significantly correlated with each other, as were crude fiber, crude protein, crude fat and total nitrogen. AFCV of’s component tissues were found to be associated with their material composition and levels of key nutrient elements.

; caloric values; influence factor

Q947.5

A

韓斐揚(1986— )，男，碩士，工程師，主要從事營造林工程技術研究，E-mail:hfy03-1@163.com.